کارشناسان می گویند نتایج اولیه آزمایشی در بریتانیا آنها را نسبت به رفع یک مانع عمده در تولید برق از یک راکتور همجوشی هسته ای در سطح تجاری امیدوار کرده است.
محققان بر این باورند که اکنون روش بهتری برای دفع حرارت زائدی که در واکنش های همجوشی هسته ای یا فوسیون تولید می شود در اختیار دارند.
در این فرآیند چنان حرارت شدیدی تولید می شود که توانایی ذوب تجهیزات داخل راکتور را دارد و امکان فعال ماندن راکتور برای مدت طولانی را سخت می کند.
اما سیستم آزمایشی جدید، که به اگزوز اتومبیل تشبیه شده، تولید حرارت در این واکنش را به یک دهم کاهش داد.
این آزمایش ها در آزمایشگاه همجوشی هسته ای موسوم به “مست آپگرید” (مگا امپ اسفریکال توکامک) در کولهام واقع در آکسفوردشر انجام شد. این وسیله ۵۵ میلیون پوندی ابتدا در ماه اکتبر سال پیش شروع به کار کرد که بعد از روند هفت ساله احداث بود.
همجوشی هسته ای تلاشی برای تکرار فرآیندهایی است که نیروی خورشید و سایر ستارگان را تامین می کند.
هدفی فرار
هدف دشوار این است که انرژی تولید شده در این فرآیند بیش از چیزی باشد که به آن تغذیه شده. این هدف همچنان دور از دسترس دانشمندان و مهندسانی است که در اطراف جهان روی این پروژه کار می کنند.
انرژی هسته ای موجود با تکیه بر فرآیندی به نام فیسیون یا شکافت هسته ای انجام می شود، جایی که یک عنصر شیمیایی به عناصر سبک تر تقسیم می شود. در مقابل همجوشی یا گداخت هسته ای با جوش دادن دو عنصر مختلف شیمیایی برای تولید یک عنصر سنگین‌تر همراه است.
یک رویکرد رایج برای انجام گداخت هسته ای راکتوری به نام توکامک است که از میدان های قوی مغناطیسی برای محصورسازی پلاسما در داخل محفظه ای مثل تیوب استفاده می کند.
درحال حاضر یک پروژه بزرگ بین المللی گداخت هسته ای به نام آیتر در جنوب فرانسه در حال احداث است.
پروفسور ایان چپمن، مدیر سازمان انرژی اتمی بریتانیا، که مسئول تحقیقات همجوشی هسته ای است گفت خیلی مهم است ثابت کنیم که امکان تولید برق با همجوشی هسته ای و استفاده از آن در شبکه سراسری برق وجود دارد.
داغتر از خورشید’
“مست آپگرید” تلاشی برای ایجاد چارچوبی برای یک راکتور کم‌حجم‌تر و ارزان تر است. این مرکز از یک طراحی بدیع به نام توکامک کروی برای گنجاندن سوخت راکتور در محفظه ای به عرض ۴ و ارتفاع ۴.۴ متر استفاده می کند. برای مقایسه محفظه محصورکننده پلاسما که آیتر برای واکنش های همجوشی از آن استفاده خواهد کرد به عرض ۱۹.۴ متر و ارتفاع ۱۱.۴ متر خواهد بود.
پروفسور چپمن می گوید که ابعاد کوچک “مست آپگرید” عوارضی دارد: “شما درحال ساخت چیزی هستید که از خورشید داغ تر است… فقط در ابعاد کوچکتر. بنابراین تخلیه حرارت به یک مشکل بزرگ تبدیل می شود.”
دمای هسته پلاسمای موجود در توکامک به ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد می رسد. بدون وجود یک سیستم خروجی که بتواند این حرارت غیرقابل تصور را دفع کند، اجزای این دستگاه باید به طور منظم جایگزین شوند که تاثیر زیادی بر زمانی دارد که نیروگاه می تواند فعال بماند.
سیستم جدید دفع حرارت که در کولهام آزمایش می شود به منحرف کننده سوپر-اکس موسوم است. این سیستم عمر قطعات مورد استفاده در یک توکامک تجاری در آینده را تا حدود زیادی افزایش می دهد و در نتیجه مدت فعالیت نیروگاه را خیلی بیشتر می کند. این به نوبه خود تولید برق از همجوشی را از نظر اقتصادی خیلی مقرون به صرفه تر می کند.
آزمایش ها در “مست آپگرید” نشان می دهد که میزان حرارت وارده به قطعات داخل سیستم سوپر-اکس به یک دهم کاهش می یابد.
محققان گفتند که این نتایج چشم انداز تولید ارزان و کارآمد برق با این شیوه را به کلی تغییر می دهد. درحالی که زمین با تغییر اقلیم روبروست، روش همجوشی هسته ای در صورت موفقیت، یک منبع پاکیزه و عملا بی پایان خواهد بود.
دکتر اندرو کِرک دانشمند ارشد “مست آپگرید” گفت که این نتایج “همان چیزی بود که تیم ما در سازمان انرژی اتمی بریتانیا تقریبا ده سال برای رسیدن به آن تلاش کرد.”
“ما مست آپگرید را برای حل مشکل دفع حرارت برای نیروگاه های کم حجم فوسیونی ساختیم و نشانه ها حاکیست که موفق شده ایم.”
موفقیت این سیستم برای “مست آپگرید” خبر خوبی برای برنامه ساخت یک نیروگاه آزمایشی همجوشی هسته ای در بریتانیا به نام “استپ” است. انتظار می رود این نیروگاه در مقطعی در دهه ۲۰۴۰ فعال شود.